[發明專利]一種鋁鈧合金濺射靶的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202010114483.3
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN113373414B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 閆建平;柳術平;吳承永;陳衛平;王曉平
• 申請（專利權）人: 湖南東方鈧業股份有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C22C28/00;C22C30/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;胡凌云

本發明提供了一種鋁鈧合金濺射靶的制備方法及應用，Sc的含量為8at％～53at％，致密度99％，Al、Sc元素的質量百分數之和99.9％，氧含量50ppm，適合用于形成壓電性材料薄膜的濺射。根據Sc含量的不同對工藝進行調整，操作簡單，氧含量低，致密度高，成分均勻無偏析現象。

技術領域

本發明涉及一種鋁鈧合金濺射靶的制備方法及應用。

背景技術

隨著通信技術的迅速發展，聲表面波(SAW)器件的應用頻率日益提高。采用壓電薄膜和高聲速襯底材料相結合，在工藝相當的情況下可制備出更高頻率的SAW器件。AlN薄膜不僅具有高聲速，寬禁帶寬度，高硬度，高溫度穩定性，高電阻率和低插入損耗等特性，還具有可與互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝兼容的特點，因而在SAW器件中獲得廣泛應用。

與ZnO和PZT薄膜相比，AlN的壓電常數(d₃₃)和機電耦合系數偏低，這限制了AlN薄膜在SAW器件中的應用。研究表明，Sc摻雜的AlN薄膜具有較高的壓電響應。M.Akiyama率先利用AlSc雙靶材共濺射法制備了摻鈧氮化鋁薄膜(Sc_xAl_1-xN)，發現摻入Sc元素的摩爾分數達43％時，薄膜的d₃₃高達27.6pC/N，與未摻雜A1N薄膜相比，壓電性能提高了400％。研究證明，Sc元素的摻入對于A1N薄膜的d₃₃和機電耦合系數有很大提升。

鋁鈧合金靶的鈧含量、微觀組織是影響ScAlN壓電體薄膜的性能的重要因素；由于金屬鈧熔點1541℃，與鋁的熔點660℃相差較大，常用的中頻感應熔鑄法制備的鋁鈧合金鑄錠存在偏析嚴重，Sc含量不高(低于5％)的問題。中國專利說明書CN201711308051.0、CN201510185516.2、CN201610677045.1公開了使用粉末冶金的制備Al-Sc合金靶的方法，可制備高Sc含量的靶材，但粉末冶金法存在氧含量高、致密度偏低的問題，影響靶材的使用效果。中國專利說明書CN201811144477.1公開了一種通過冷坩堝懸浮熔煉結合變頻電磁攪拌制備的鋁鈧合金靶材的制備方法，此方法由于坩堝底部為整體結構,不會形成排斥熔體的勞倫茲力，熔體在底部與坩堝接觸損失大量熱量,形成較厚的凝殼，在熔煉過程中比重較大的Al₃Sc等合金粒子容易在底部凝結，造成澆鑄的合金錠成分偏低，同時澆鑄時坩堝中殘留有較多原料，造成較大的損失。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種鋁鈧合金濺射靶的制備方法，以獲得氧含量低、致密度高、成分均勻的鋁鈧合金濺射靶；本發明的目的之二在于提供鋁鈧合金濺射靶在制備壓電性材料薄膜中的應用。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種鋁鈧合金濺射靶的制備方法，所述鋁鈧合金濺射靶中Sc的含量為8at％～53at％，致密度99％，Al、Sc元素的質量百分數之和99.9％，余量為雜質元素；所述鋁鈧合金濺射靶中氧含量50ppm；包括如下步驟：

S1、將Sc金屬原料和Al金屬原料按配比加入到真空熔煉爐中，熔煉，然后澆鑄，獲得鑄錠；

S2、對S1獲得的鑄錠依次進行鍛造處理、熱等靜壓處理后，根據目標鋁鈧合金濺射靶的形狀及尺寸進行機械加工，獲得鋁鈧合金濺射靶成品；

其中，當Sc15at％時，熔煉溫度為1200℃～1250℃，鍛造溫度為500℃～660℃，熱等靜壓溫度為600℃～650℃；當15at％≤Sc25at％時，熔煉溫度為1250℃～1300℃，鍛造溫度為950℃～1100℃，熱等靜壓溫度為1100℃～1150℃；當25at％≤Sc33at％時，熔煉溫度為1350℃～1450℃，鍛造溫度為1100℃～1200℃，熱等靜壓溫度為1150℃～1200℃；當33at％≤Sc≤53at％時，熔煉溫度為1300℃～1400℃，鍛造溫度為1100℃～1150℃，熱等靜壓溫度為1050℃～1100℃。